提高热电子发电装置的热电转换效率的方案

热电子发电装置是利用金属表面热电子发射现象将热能直接转换成电能的一种发电装置，在20世纪60年代就开始出现了，它主要用作低压大电流供电装置，很适合于将核热源中的热能直接转换成电能。但热电子发电装置的热电转换效率较低，只有15～25%，需要加以提高，本短文中提出了一种提高热电子发电装置的热电转换效率的方案。

热电子发电装置的基本构造如图1所示，说明如下：

1)由绝缘容器、阴极、阳极、负载和导线等所组成。

2)绝缘容器用耐高温的绝缘材料制成，阴极和阳极用耐高温的金属材料制成。

3)阴极和阳极处于绝缘容器内，阴极位于左边，阳极位于右边。

4)阴极的左表面与绝缘容器的左内表面接触在一起。

5)阳极的右表面与绝缘容器的右内表面接触在一起。

6)阴极和阳极的上下表面和前后表面与绝缘容器的上下内表面和前后内表面接触在一起。

7)阴极的右表面与阳极的左表面之间有一个空间存在。

8)在阴极和阳极分别引出一根导线，在两根导线之间接上负载。

热电子发电装置的工作原理如下：

1)热电子发电装置工作时，阴极的温度高于阳极的温度，在阴极与阳极之间存在温度差。

2)阴极发射出的热电子数多于阳极发射出的热电子数。

3)阴极的电势高于阳极的电势，在阴极与阳极之间存在电势差。

4)电流从阴极流出，流过负载，流入阳极，电流流过负载时输出电能，实现热电转换。

热电子发电装置的热电转换效率较低，只有15～25%。由于热电转换效率较低，制约了热电子发电装置的应用。因此，提高热电子发电装置的热电转换效率，是目前热电子发电装置的主要研究方向。

本文中，提出了一种提高热电子发电装置的热电转换效率的方案。

根据热电子发电装置的工作原理可知，在阴极温度、阳极温度不变的情况下，或在阴极与阳极之间的温度差不变的情况下，如果能增大阴极的电势，或增大阴极与阳极之间的电势差，则热电子发电装置的输出功率可增大，热电转换效率可提高。

根据热电子发电装置的结构可知，在阴极温度、阳极温度不变的情况下，或在阴极与阳极之间的温度差不变的情况下，如果使阴极的左表面与绝缘容器的左内表面之间增加一个空间(见图2)，则阴极的左表面要向增加的空间发射热电子，阴极发射出的热电子数要增加，阴极的电势要升高，阴极与阳极之间的电势差要增大，热电子发电装置的输出功率要增大，热电转换效率要提高。

因此，根据热电子发电装置的工作原理和结构，本人想到了如下的提高热电子发电装置的输出功率和热电转换效率的方案：在阴极的左表面与绝缘容器的左内表面之间增加一个空间(具体参见图2中的热电子发电装置改进示意图)。

提高了热电子发电装置的热电转换效率之后，可增大热电子发电装置的应用价值和应用范围，希望能引起中科院和国家有关部门的高度重视。